以太坊:小學生也能看懂的零知識證明科普：什么zk-Rollup？

本系列將試圖用通俗舉例和語言，幫助大家理解復雜概念。本系列非學術論述，舉例只為幫助大家通俗理解。如有錯誤，歡迎指正。更嚴謹的表述，歡迎大家查看專業論文學習。

前情回顧，

1/零知識證明，英文為ZeroKnowledgeProofs，簡寫為ZK或ZKP。

zkXXX，即代表應用了零知識證明。

2/零知識證明技術，要在證明速度、驗證速度、整體大小之間做取舍，繼而產生的用戶體驗不同。

zk-SNARK誕生時間久，經過驗證，應用比較成熟，并誕生了Groth16、PLONK、Halo2等多技術分支。zk-STARK相較而言，誕生時間較短，仍需時間驗證完善。

Manta采用Groth16，是目前最快、數據量最小的zk-SNARK。Manta在橢圓曲線密碼算法等基礎上，進一步優化升級，ZK生成速度比Zcash快十倍。交互確認時間僅需2-3秒。

3/ZK開發逐漸模塊化。zk-SNARK與zk-STARK之間，可通過切換多項式承諾，進行相互轉換。且，代碼終會開源，所以長期看，單靠技術無法構筑壁壘。

正式開始本篇內容。

Curve創始人出售125萬枚CRV后向Aave V2償還逾50萬USDT:8月4日消息，8月4日17:19，Curve Finance創始人Michael Egorov出售125萬CRV獲得50萬枚USDC，并向Aave V2償還逾50萬USDT。[2023/8/4 16:19:03]

什么是Rollup？

Roll，卷、滾的意思。Up，向上、起來的意思。Rollup就是“卷起來”。

當然，這不是內卷那個“卷”，而是像面餅一樣，把食材統統卷進去的那個“卷”。

Rollup，就是把許許多多多筆交易“卷”起來，在自己的網絡里處理掉。

Rollup通常運行一組中心化定序器，為Rollup上的交易進行排序。定序器就像中心化的服務器。

Rollup與以太坊主鏈關系，舉個便于理解但不十分嚴謹例子，如同初期的支付寶與銀行。

資金從以太坊主網轉入Rollup，如同把錢從銀行卡轉入支付寶。

用戶在Rollup交互，交互信息并不直接提交到以太坊主鏈上，而是由Rollup定序器進行排序。

這個過程，稱為“鏈下擴容”，所謂“鏈下”指的是在以太坊鏈下。

Tether已在Kava區塊鏈上運行其原生USDT:7月7日消息，Kava在推特上宣布，Tether的穩定幣USDT現已集成至Kava區塊鏈，原生USDT正在向60多個Cosmos應用鏈發行。[2023/7/7 22:23:08]

支付寶初期，用戶直接使用支付寶余額交易，銀行對具體交易信息，并不知情。支付寶相對銀行，也是“鏈下”。

定序器會對Rollup里的交易，統一進行排序、打包、壓縮，隔一段時間提交到以太坊主鏈，由以太坊主鏈提供結算、校驗交易數據，以減輕主鏈負擔。

主鏈礦工可以通過欺詐證明或有效性證明，驗證Rollup交易數據是否真實。

舉個例子，用戶在Aribitrum上，使用Gmx瘋狂進行衍生品交易。這些操作，都讓Aribitrum“卷”起來處理掉了，這些交互僅在Aribitrum當前Rollup上發生，不會造成以太坊主鏈擁堵。

Aribitrum會將一段時間內的交互信息排序、打包、壓縮、提交到以太坊主鏈，由以太坊全節點校驗交易數據真實性，所以，Rollup稱為執行層，主要負責執行交易。

OptimisticRollup與ZKRollup？

Celo基金會宣布與谷歌云合作支持可持續發展的Web3初創公司:金色財經報道，Celo 基金會已與谷歌云合作，以支持 Celo 區塊鏈生態系統中與任務一致的項目，并推動谷歌云服務的早期采用。此次合作將允許在 Celo 上構建的創始人獲得 Google Cloud 和 Firebase 使用的積分，從而增強 Celo 的移動優先基礎設施和去中心化應用程序（Dapps）。根據公告，谷歌云團隊還將為 Celo 基金會的 Founders in Residence 計劃提供指導和指導，并參與虛擬 Celo Camp 加速器計劃，該計劃支持企業家發展以可持續發展為重點的初創公司。此外，這兩個組織旨在共同舉辦以 Web3 可持續性和創新為重點的有針對性的研討會和活動。[2023/4/5 13:45:06]

Optimistic與ZK，是以太坊主鏈全節點，校驗Rollup交易數據真實性的方式，可以理解成是對賬方式。

Rollup是處理交易的方式。

這倆都是Rollup，所以，處理交易方式一致，都是“卷起來”。區別在于，對賬方式：

1/Optimistic，意為“樂觀的、積極的”。

元宇宙區塊鏈網絡Lamina 1宣布測試網已上線:1月18日消息，元宇宙區塊鏈網絡Lamina1首席技術官Will Carter宣布測試網已上線。第一階段測試網對公眾全部開放，可以測試基于Avalanche代碼庫的Lamina 1區塊鏈平臺的基本功能。Lamina 1計劃以2-3周的常規節奏發布新功能，同時激勵社區通過每周挑戰來測試每個版本。

據悉，去年6月份科幻作家NealStephenson與加密先驅Peter Vessenes合作推出元宇宙區塊鏈網絡“Lamina 1”，二人分別擔任Lamina1的首席執行官和董事長。去年12月份Lamina 1宣布在啟動Lamina 1生態系統基金（L1EF），以允許初創公司從天使投資者處籌集資金。其中該平臺提供滾動資金，允許感興趣的投資者通過季度訂閱為項目提供資金，訂閱費最低為每個季度2500美元，期限至少為四個季度。[2023/1/18 11:18:10]

OptimisticRollup“樂觀的”默認交易信息真實有效。

萬一有人提供虛假交易信息呢？

若使用Aribitrum或Optimism，會發現，把代幣跨回其他網絡，需要等待幾天時間，即“等待期”。

非營利性志愿者組織New York Cares通過出售NFT籌集資金:10月13日消息，非營利性志愿者組織New York Cares通過出售NFT為Stand with Students籌集資金，這是一項幫助支持當地公立學校的舉措。該系列將包含由Open AI的DALL-E創建的超過16,000件數字作品。（CoinDesk）[2022/10/13 14:26:41]

“等待期”內，以太坊主網全節點都可以發起挑戰，證明某交易為假。

由于Rollup數據層和結算層仍使用以太坊，相當于根賬本在以太坊上，所以，Rollup自身是無法篡改、作弊的。

若挑戰成功，則會罰沒作弊者保證金，交給挑戰者，并回滾該區塊內的交易。

2/zk-Rollup

還記得ZK的基本原理及特性嘛？

證明者和驗證者。證明者生成證明，驗證者在不獲取信息本身的前提下，驗證該證明。

ZK有以下特性：

完備性：提交者若確實掌握了答案，那他能找到方法向驗證者證明為真，即真的假不了。

合理性：若提交者未掌握答案，那他無法向驗證者證明為真，即假的真不了。

零知識性：證明過程中，驗證者除了“證明”之外，不會獲得其他相關信息。

zk-Rollup會在向以太坊主網提交區塊時，生成一個零知識證明。主網全節點驗證該證明即可。

需要注意的是，zk-Rollup通常只應用了ZK前兩個屬性，即完備性與合理性，達到壓縮計算的目的。

OptimisticRollup需要將一段時間內交易數據，壓縮后，完整地連同狀態根、欺詐證明，傳回到以太坊主網。

由于交易數據和結算仍存儲在以太坊主網上，當全節點提出挑戰時，可根據先前存儲的狀態，校驗欺詐證明是否成立，判斷OptimisticRollup是否作弊。

zk-Rollup不需要將全部交易數據發布至以太坊主網，僅發布狀態差異和有效性證明即可，這樣會使得交易成本Gas更低。使用zk前兩個屬性，達到壓縮計算目的。

zk-Rollup證明文件很小，驗證時間一定，所以證明本身不會隨著交易數量增加而變大。

長期來看zk-Rollup在Gas成本和Tps方面，要優于OptimisticRollup，且無需提現等待期。

所以，以太坊創始人Vitalik認為，短期內OptimisticRollup會因EVM兼容性占據優勢，但長期來看，zk-Rollup會勝出。

本質上，OptimisticRollup安全來自于經濟學，作惡者要考慮損失的成本，挑戰者的動機由經濟利益驅動。

zk-Rollup安全來自于密碼學，用密碼學手段驗證證明，可以做到去信任化。

長期看，zk-Rollup相比OptimisticRollup更具優勢，但短期仍受制于zk-EVM發展。這也是我們在下一篇會聊到的話題。

這里需要區分的是，用戶在zk-Rollup上的交易信息仍是透明可查詢的。

而Manta作為基于ZK的可編程隱私公鏈，除前兩個特性外，還重點應用了零知識性，讓鏈上交易隱私化。

Rollup與模塊化

不可能三角，又稱三元悖論，通常指去中心化、可擴展性、安全性三者不可同時兼得。

通常，模塊化是指，把Layer1共識、結算、數據、執行四層分別解耦，在不增加節點硬件負擔，造成中心化前提下，實現擴容，打破“不可能三角”。

V神在波哥大以《Hardeningrollupswithmulti-proofs》為主題進行分享，即采用多證明機制，加強Rollup安全。

方案二是多證明人機制，采用多證明系統，用欺詐證明或zkEVM多種實現，預防網絡宕機情況。

方案三是雙重證明加治理小組，采用欺詐證明加ZK證明，再加上治理小組裁決。當一個證明系統出現漏洞，另一個系統不受影響。

在此之前，Optimism的Kelvin曾寫過《ThehybridZK/OptimisticRollupofthefuture》，探討過將Optimistic與ZK相結合。

總結下，1/Rollup內的交易，隔一段時間統一壓縮打包，提交到以太坊主網，由主網提供結算、驗證交易數據，以減輕主鏈負擔。

2/Optimistic與ZK，是以太坊主鏈全節點，校驗Rollup交易數據真實性的方式，可以理解成是對賬方式。Rollup是處理交易的方式。

3/OptimisticRollup需要將一段時間內交易數據，壓縮后，完整地連同狀態根、欺詐證明，傳回到以太坊主網。

zk-Rollup不需要將全部交易數據發布至以太坊主網，僅發布狀態差異和有效性證明即可，這樣會使得交易成本Gas更低。使用zk前兩個屬性，達到壓縮計算目的。

4/本質上，OptimisticRollup安全來自于經濟學，作惡者要考慮損失的成本，挑戰者的動機由經濟利益驅動。

zk-Rollup安全來自于密碼學，用密碼學手段驗證證明，可以做到去信任化。

5/用戶在zk-Rollup上的交易信息仍是透明可查詢的。而Manta是基于ZK的可編程隱私公鏈，除前兩個特性外，還重點應用了零知識性，讓鏈上交易隱私化。

6/當前，將Optimistic與ZK結合，是Rollup探索方向之一。

本篇重點講述了zk-Rollup，略微涉及到zkEVM內容。下一篇，我們將重點闡釋zkEVM相關內容，歡迎繼續關注MantaNetwork中文公眾號及推特。

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